四辊可逆冷轧机电气系统的控制毕业论文.doc

四辊可逆冷轧机电气系统控制 摘 要轧机是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备，包括有主要设备辅助设备起重运输设备和附属设备等。现代轧机发展的趋向是连续化、自动化、专业化,产品质量高,消耗低。 60年代以来轧机在设计、研究和制造方面取得了很大的进展，使带材冷热轧机、厚板轧机、高速线材轧机、H型材轧机和连轧管机组等性能更加完善，并出现了轧制速度高达每秒钟 115米的线材轧机、全连续式带材冷轧机、5500毫米宽厚板轧机和连续式 H型钢轧机等一系列先进设备。轧机用的原料单重增大，液压 AGC、板形控制、电子计算机程序控制及测试手段越来越完善，轧制品种不断扩大。一些适用于连续铸轧、控制轧制等新轧制方法，以及适应新的产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧机都在发展中。如今，在国际冷轧机市场上，昂贵的国外产品占据着主导地位，国内产品相形见拙，其根本原因是在于技术上的差距。为了缩小这种差距，现在，我国已有数以万计的科技人员和大学师生从事不同层次的人工智能学习，研究与应用，希一望抓住把智能技术这一新兴学科引入到控制领域的契机。本论文也主要是从事于此类的设计。本文针对昆明重工集团四辊可逆冷轧机较高的生产工艺和现状，应用变频调速和PLC控制技术，对四辊可逆冷轧机做一个初步的设计设计。关键词：可逆冷轧机；传动系统；主传动装置；6RA70；第一章 概述1.1冷轧的发展历史二辊式可逆冷轧机于20世纪20年代首先用于德国（早在1917年在专利文献中已有所披露），而四辊可逆式则用于1932年。第一台冷卷取机大约在1893年由施米茨公司（August Schmitz）建于德国。大约1920年，苏必利尔钢公司和威斯汀豪斯电气公司联合发展的单独电力驱动的卷取机，是通过控制电流来维持恒张力的。带钢连续冷轧的首次记录要追遡到大约1904年，当时，韦斯特利奇伯格（West Leechburg）钢公司安装并开动了一台四机架二辊连轧机，每个机架单独用速度可调的直流电机驱动。具有机架间张力和张力卷取机的真正的连轧机操作，大约于1915年在匹兹堡的莫里斯贝利（Morris&Bailey）钢公司和苏必利尔（Superior）钢公司安装的轧机上才得到发展。第一台四机架四辊冷轧机由美国轧机公司于1926年在巴特勒工厂投入生产。1941年五机架连轧机安装于欧文工厂。1960年开始引用六机架镀锡板轧机，装备了更大的功率及稍大的工作轧辊（直径一般为533毫米）采用双电动机驱动，并且部分地在计算机控制下操作。1969年日新钢铁公司在日本南阳的周南厂建立的一套为轧制宽至1270毫米的不锈钢薄板而特殊设计的独一无二的连轧机设备投入生产。1971年五连续式冷轧机在日本钢管公司的福山厂投入生产4。从过程自动化的发展看，大致可分为三个阶段：第一阶段大约在20世纪4050年代，为单机自动化阶段；第二阶段在20世纪60年代，为计算机和单机自动控制系统共存阶段；第三阶段为1970年直至现在，为全部采用计算机进行直接数字控制阶段。1.2 我国冷轧机的发展历史我国冷轧带卷的生产起步晚，第一个宽带卷冷轧生产车间是50年代苏联设计、60年代初建成投产的鞍钢冷轧厂。鞍钢冷轧厂的建成填补了我国冷轧带卷生产的空白，起了重要的历史作用。60年代中期，太原钢铁公司引进了8辊和20辊冷轧机。70年代武钢从德国引进的1700 mm冷轧车间全套设备及技术，产品包括电镀锡板和冷轧热度锌板，对我国冷轧生产技术的发展起了非常重要的作用，具有深远的影响。80 年代初宝钢冷轧厂从美国引进2030mm冷连轧设计生产能力达2100000t,包括有热镀锌、电镀锌板以及有机涂层带卷等，装备达到当代国际先进水平。60年代初，国内开始研制有机涂层板，首先在上钢三厂建成了试验机组，80年代初，鞍钢重新着手一度中断的聚氯乙烯塑料溶液涂层板生产的研究工作。1985年，鞍钢从美国EPIC金属公司引进二手涂层机组部分这边，由国内配套，建起彩色涂层工业试验机组；武钢冷轧厂从英国戴维公司引进1套涂层机组广州第三轧钢厂引进美国PM公司的涂层生产机组；上海宝钢冷轧厂由美国维恩尤纳特公司引进1套高速涂层板生产机组；北京门窗公司引进日本外炉公司的涂层板生产机组。从此我国引进了几个国家不同的涂层技术，具有一定的涂层生产能力和技术力量。1.3 冷轧机的发展冷轧机是冷轧生产的主体设备，为了满足冷轧带钢生产的品牌规格，质量及不同生产规模的要求，冷轧带钢生产工艺经历了从单张到成卷生产的变革，由可逆式连轧到全连续以及联合组的发展中形成了各种形式 不同特色的冷轧机，现代冷轧机的装备水平也有了很大的提高，并趋向高效率，高质量，连续化和自动化。冷轧机成为现代钢铁工业中高效率生产设备之一，是钢铁工业技术发展和装备水平提高的一个重要标志。从轧辊，辊系看，二辊式冷轧机是早期出现的结构形式最简单的冷轧机，二辊式轧机辊径大，咬入性能好，轧制过程稳定但是轧机度小，轧制产品厚度大，精度差，难以保证高质量的轧制，随着轧制带钢厚度的减薄宽度的增加，产生了四辊式冷轧机，四辊式冷轧机一般多采用工作辊传动，其工作辊和支持辊直径之比为1:3，机架具有较大的刚度，可逆轧制厚度为0.53.5mm，宽度最大为2080mm的低 冷轧机带钢镀锡，镀锌及涂层基带，也可轧制不锈钢，硅钢合金带钢，由辊式冷轧机里一种多用途的典型冷轧机。为了进一步满足工艺要求又生产了多辊轧机，早期是六辊式和十二辊式，20世纪末普通使用的排列顺序为1.2.3.4的森吉米尔型二十辊轧机即每个工作辊里由2个第一中间辊，3个第二中间辊和4个外支持棍支承。最后组装到整体机架中可以轧制0.0020.2mm的极薄带钢和变形困难的硅钢，不锈钢，以及高张度的镍合金材料。从机架布置形式看，冷轧机的早期形成都是单机架形式，生产工艺由单张生产发展为成卷可逆式生产。可逆轧制是带钢在机架上往复地进行多道次的轧制，这样每个道次都要起动，加减速停车和换向，由此可逆轧制限制了速度和生产能力的提高，且在带钢头尾部的加减速段厚度超差也是不可避免的，导致了产品质量性能提高，半列式布置的连轧机适应了生产能力和产品质量不断提高的需要是一种高效率生产的冷轧机因此在20世纪60年代，世界上经济发达国家都新建成一大批冷轧机，冷轧机的装备形成经历了3次变化。最早是只有一台开卷机和卷取机的常规式冷轧机，以后发展为两台开卷机和卷取机的改进式冷轧机，同时采用了液压下快速换辊， 辊和自动控制 新技术。使轧制速度提高（3541.6m/s），卷重增加（4560t），且产量提高25%30%以上。但它们都是采但卷轧制工艺，第三代可连续冷轧机则使冷轧工艺实现了无 轧制。目前在世界范围内，可连续形式也有了3种连续形式，即70年代期间的只有冷轧工序本身连续的冷轧机，80年代出现的由冷轧连续的联合机组（CDCM）和冷轧连续退火的全过程连续的联合工艺线（FIPL）。1.4 轧制技术的发展趋势改进计算机控制系统的配置形式。在进一步提高计算机系统的可靠性和稳定性的同时，必须进一步赶紧其配置形式。在广泛发展过程控制计算机系统的同时，大力发展管理机系统，使管理机和控制机有机地结合起来，组成了分级集成控制系统，并代替传统的硬件和逻辑接口，以实现对生产设备的分散型控制，可以使自动控制的灵活性和可靠性得到进一步的提高，这是当今计算机在轧制过程中的一个重要趋势。进一步提高和完善控制仪表和控制系统的性能和功能。在轧制速度越来越高，产品范围越来越大，质量要求越来越严格的情况下，检测仪表的性能以及控制系统轧条件，实现最优化生产的保证，但是对一个大型的生产系统来说，由于它们的算法比较复杂，往往限制了它们的应用。 后应加强现代控制理论在大型生产系统中应用的研究，简化计算，便于应用，以便实现最优化生产，为了进一步提高产品质量和生产效率，应不断地开发和应用新的轧制技术，如高精度轧制技术，连续轧制和无头轧制技术，自由程序轧制技术，智能化轧制技术，薄烧轧制技术，组织性能轧制技术等。第2章 四辊轧机系统概述2.1 四辊轧机结构压下电机压下辊轧辊测速机卷取机减速机卷取电机减速机减速机主轧电机图2-1 轧机基本结构如图2-1所示，四辊轧机主要由开卷机，主轧机，卷取机三大部分组成。主轧机主要由两个支撑辊和两个轧辊组成。主要原理是一台减速机和一台电动机的配合。将电动机的高转速低转矩通过减速机使电动机的单输出变为双输出，一轴控制两轴，驱动支撑辊（压下辊）转动，支撑辊带动轧辊转动作用靠上面电动机转动压下电机控制压下量来压住支撑辊，支撑辊压住轧辊使轧辊之间的缝隙前后一致，以防轧制车的钢板变形。工作原理为轧辊传动与支撑辊传动两种，由主轧电动机，减速机电动机，认字齿轮机座万向接辊机架和控制柜组成，采用整体底座，安装方便调试机体支撑辊为弹簧平衡用螺母调节。人口处设有导位装置可控制带材放卷张力，减速器认字齿轮座。用轧机专用轴承压下涡轮为三次电路面，压下力大机座有可逆和不可逆两种使用于开胚中轧及精轧。是轧制碳钢，合金钢，不锈钢，铜和铝等理想的轧机设备。工作辊材质用冷轧用的合金钢，轴承为滚针轴承复合瓦，支撑轴承则采用CD轧机专用轴承主电机有普通电机，交流调速电机，直流电机及交流直流减速机。2.2轧机组成结构 机架装配：轧机的机架采用封闭式机架，它主要由两片牌坊、上横梁、前后轨座、工作辊压紧装置、工作辊固定轨道、工作辊支承辊轴端挡板等组成。两片整铸牌坊分别落座于两铸钢轨座上，轨座和轧机牌坊一起固定在基础上。通过斜楔与预应力T形头地脚螺栓预紧，以保证整体刚性和稳定性。并通过上横梁连接成闭式机架，用以支承轧机所有部件。牌坊经过有限元应力分析及优化设计用铸钢整铸而成。牌坊窗口上部和上支承辊轴承座之间装有球面垫及测压仪，牌坊窗口设计有安装耐磨滑板，这样利于轧辊的上下运动；牌坊窗口中部设计工作辊压紧装置；工作辊固定轨道安装在机架中部，伸出操作侧牌坊与换辊装置桥架相接。牌坊经过有限元应力分析及优化设计用铸钢整铸而成。牌坊内侧设计有紧固机架辊的凸台及卡槽，安装拆卸机架辊方便。在操作侧牌坊的外侧安装了轧辊轴向液压锁紧挡板装置，防止轧制时轧辊轴向窜动，该装置的锁紧螺栓设计成安全螺栓，在轧辊断裂时巨大的轴向力将其拉断，使轧辊向操作侧窜出，这是防止巨大的轴向力传向接轴、电机的措施之一。传动侧牌坊外侧安装了接轴液压抱紧装置，该机构仅在换辊时动作，液压缸活塞伸出，抱紧块托住抱紧接轴的扁头，使新辊能够迅速准确的插入接轴扁头中，提高工作效率。传动侧牌坊开有机架辊传动轴孔。机架的上横梁为焊接件，通过螺栓与两片牌坊相连，其上平面与牌坊上部平面共同用于安装压下装置、平衡装置、平台与走梯等。机架牌坊通过楔键卡在两轨座下部，其上与牌坊下部窗口平面共同用于安装抬升装置、阶梯垫标高调整装置、AGC代用垫等。机架作为轧机的工作机座，承受巨大的轧制力和冲击震动，既要满足轧钢的刚度要求，又受到制造运输的约束，因此进行了有限元应力分析及优化设计，使本轧机在有限重量下达到最大轧制力作用时变形最小，局部应力峰值控制在预先限定范围之内。压下装置为了调整辊缝，上辊系须升降，该动作由压下与平衡装置完成。压下装置由电机、蜗轮副减速机、压下螺丝、压下螺母、APC装置等组成，安装在轧机顶平台上。两台压下电机为自带水冷风包低惯性矩电机，通过蜗轮副减速机带动压下螺丝转动实现辊缝调节。压下减速机传动效率高、运转平稳、寿命长。压下螺丝采用高强度的合金锻件制造，通过装配在牌坊内的压下螺母，使上辊系升降。在传动侧蜗杆出轴上装有液压缸驱动的回松装置，当出现卡钢时能快速回松。压下螺丝上端装有高精度的传感器，准确地反映压下螺丝位置，高精度、高效率控制辊缝，从而保证所轧钢板厚度准确、板形良好。两压下电机通过离合器、压下减速机串连，这样保证两电机同步。另外，通过离合器可脱开同步轴进行单侧压下调整，以保证辊缝调平。 压下指示装置：压下指示器装置主要由两个减速器、调零电机、指针盘等组成。实时指示压下辊缝值。 平衡装置：平衡装置主要由两个柱塞式液压缸、横梁、提升粱、平衡梁等组成。固定在机架上横梁中的柱塞式液压缸通过平衡梁将上辊系及压下螺丝的重量全部平衡，并产生约10%的过平衡力，从而消除上支承辊轴承座与球面垫、球面垫与压下螺丝下部、压下螺丝与压下螺母之间的间隙，使上辊系升降平稳，并且避免轧钢中出现大的冲击震动。 轧辊及轴承：直接完成钢板轧制的部分，主要由上下支承辊及其轴承座、上下工作辊及其轴承座等组成。支承辊轴承座为铸钢件，其两侧面装配了可更换的耐磨滑板。上支承辊轴承座顶面与测压箱相接。上支承辊轴承座上部为T形，两侧与平衡装置的平衡梁相接，完成上辊系的上下移动。并将支承辊提起，避免在咬钢、抛钢时产生冲击震动和辊缝误差，下支承辊轴承座的底面设置柱面垫块，具有自位能力。下支承辊轴承座下部换辊时落座在支承辊换辊小车上并落于抬升轨道上整体拉出。上下支承辊轴承座侧面加工了方槽，方便换辊吊具的使用。工作辊采用无限冷硬铸铁辊，以保证轧辊寿命长，钢板表面质量好。工作辊轴承采用四列圆锥滚子轴承，承载能力大，寿命长。上工作辊轴承座为T形，两侧的凸肩被上工作辊弯辊压紧缸顶住。下工作辊轴承座为倒T形，两侧的凸肩被安装在牌坊内的下工作辊弯辊压紧缸顶住，使下工作辊紧紧压靠在下支承辊辊面上。在下工作辊轴承座的凸肩设有八个滚轮，以方便更换工作辊。 冷却导卫及出鳞装置：轧件除鳞及轧辊冷却装置主要由工作辊冷却水集管、支承辊冷却水集管、高压水除鳞集管、导卫护板、导卫护板提升液压缸组成。工作辊冷却水为1Mpa的浊循环水，支承辊冷却水为0.3Mpa的浊循环水，除鳞高压水为18MPa的浊循环水。上辊系冷却水集管装配在导卫护板中；导卫护板还装配了高压水除鳞集管。这些集管通过各自带球铰的伸缩管分别与供水主管连接，通过导卫护板提升液压缸提升导卫护板、集管，并且可随上辊系同步升降，保证轧辊冷却水和除鳞高压水的喷射位置处于最佳位置。导卫护板的下斜面与上工作辊挡水板相接，共同防止钢板翘头或碰撞喷嘴；导卫护板还可收集轧辊冷却水并从旁导出，避免水直接落在钢板上。下辊系冷却水集管、下高压水除鳞集管装配固定在牌坊上。工作辊冷却水机前机后各分三段，且分别由电动阀控制开关，对工作辊热凸度变化具有一定补偿。 抬升装置：轧辊抬升装置主要由液压缸、带耐磨板的轨道、导向键等组成，完成下辊升降。设计抬升轨道一是为了在下支承辊和阶梯垫之间留出空间，从而可以移动阶梯垫。二是将下支承辊提升到支承辊换辊高度。四个液压缸分别设置在轧机机架操作侧和传动侧外侧，这样方便维护。轨道位于轧机入口和出口侧，从轧机操作侧到传动侧，并通过轨道下方的两侧的液压缸进行升降；当抬升轨道被抬升到最高位位置时（液压缸极限），抬升轨道与机架外的支承辊换辊轨道对齐接平，轧辊抬升装置处于最稳定状态，此时为更换支承辊状态。轧钢时，抬升轨道降到最低位，轧辊抬升装置的轨道不与下支承辊轴承座接触，不受轧制力。 支承辊小车：支承辊小车由两个带滑板的框架、连接梁组成。支承小车为铸钢框架式，框架底部装铜滑板。轧钢时，下支承辊轴承座下部及柱面垫块穿过支承小车的框架落座于阶梯垫上，全部轧制力通过阶梯垫传至牌坊。而支承小车的落座于轧辊抬升装置的轨道上，不受轧制力和轧辊重量。换辊时，支承小车的框架与下支承辊轴承座的肩部接触，并将下辊系抬起，支承辊小车通过T形钩与支承辊换辊装置连接，与支承辊整体拉出或推入机架。 AGC待用垫：AGC代用垫装置主要由两件形似AGC缸的垫块组成，放置在牌坊窗口的底部位置，阶梯垫装置及下辊系座落于上。可承受巨大的轧制压力。 平台与走梯：本轧机设置的上平台与轧机牌坊顶面齐平，用于安装和检修压下平衡装置。 轧机配管：轧机配管包括水、液压、高压水、压下稀油润滑、油膜稀油润滑、干油润滑、气动等设备配管。 机架辊：在轧机入口和出口各设置了3根机架辊。机架辊主要由电机、离合装置、传动轴、辊子及其轴承座组成。机架辊单独传动，电机采用型交流电机。靠近轧机两个机架辊轴承座为一体。每个辊子的传动端辊颈内为鼓形齿接手孔，与带鼓形齿的传动轴、联轴器、电机相接而传动。传动轴可通过离合装置轴向移动，即与机架辊的辊子相连或脱开，方便换辊。机架辊轴承选用双列调心滚子轴承，可承受的冲击载荷。轴承座上设置了多道环式密封，挡水和氧化铁皮。 主传动装置：主传动装置包括：主电机、接轴、中间轴、叉头、扁头、十字包及平衡装置，上工作辊主电机布置在前，下工作辊主电机布置在后。第三章 供电方案3.1 电气设备运行条件电气设备运行要求在工作时必须有一定的外部环境条件，这些条件是轧制产品良好质量的前提，这些基本的条件包括以下几个方面；1）环境温度现场：040C电气室：1035C操作室：255C空气湿度：相对湿度95%且无凝露。污染等级：III级，无火灾爆炸危险、无导电性尘埃、不腐蚀金属物及不破坏绝缘介质的环境。2）电气设备运输及储存环境要求环境温度-2065C ；空气湿度及污染等级要求与运行时相同。3）电气设备使用的电压等级及技术条件 机组所使用电气设备电压等级必须符合国家标准，主要用电设备的电压等级为：u 供电电压及频率：105%kV，501Hzu 低压供电电压：AC380/220Vu 交流电动机电压：AC380Vu 直流电动机电压：DC440660Vu 电磁阀：DC24Vu 电磁抱闸：AC220Vu 控制电压：AC220V，DC24Vu 保护地：接地电阻4u 系统地：接地电阻80kA/s。额定短路分断能力与电网短路电流相适应，Icu 50kA.根据需要配置必要的电流、电压表计，端子板采用Phoenix端子。单机架可逆冷轧机组设一套MCC，不同容量不同控制类型的回路至少有一个备用回路。注：主传动电动机均配置有空间加热器，这些加热器是在长期停机时防止电机绕组受潮而设置的。由本MCC供电。注：为了保证乳化液站的检修供电，需要检修电源或者备用一路供电回路。(2) UPS电源为保证控制系统运行的可靠性，机组设置一套容量为10kVA的UPS电源为机组控制系统（PLC、AGC控制器、HMI设备等）提供可靠稳定电源。第四章 电气传动4.1 整流变压器技术参数轧机主传动油浸式整流变压器，1台 ZS9-4000/10，4000kVA，1022.5%/0.69kV，Ud6.5， Dy11/d0左右卷取机主传动油浸式整流变压器，2台ZS9-2000/10，2000kVA，1022.5%/0.69kV，Ud6.5， Dd0/y11开卷机主传动油浸式整流变压器，1台ZS9-630/10，630kVA，1022.5%/0. 46kV，Ud6.5， Dy114.2电动机的类型及结构形式选择电动机是一种旋转式机器,它将电能转变为机械能,它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子,其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动,这些机器中有些类型可作电动机用,也可作发电机用。电动机是把电能转换成机械能的设备，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成，分布于各个用户处，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动 、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机 ）。它使用方便 、运行可靠 、价格低廉 、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机（见同步电机）。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用 。电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看，调速大致可分两种 ： 保持输入功率不变 。通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。控制电动机输入功率以调节电动机的转速。4.3 电动机功率的选择电动机的功率选择的是否合适,对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选的过小,不能保证工作机的正常工作或使电动机因过载而过早的损坏;而功率选的过大,则电动机的价格较高,能力又不能充分利用,而且由于电动机经常不能满载运行,其使用效率和功率因数都较低,增加了电能的消耗造成了能源的浪费。所以在选择电动机时应考虑设计机器的使用要求和加工参数，并经过细致周密的计算推演，建立起可靠而又缜密的理论模型，再根据经济性原则最终确定具体的电动机参数。根据课题所研究四辊可逆冷轧机的使用要求，在查阅了设计手册后最终最终确定的电机的具体型号、功率、转速、转矩如下表所示。4.4 主传动系统机组主传动电动机指开卷机、入口卷取机、轧机和出口卷取机。主传动电动机采用直流电动机，相应地为主传动电动机供电的调速装置采用西门子（6RA70系列）全数字控制的晶闸管整流装置。（1） 主传动电动机技术参数如下：名称参数开卷机左卷取机主轧机右卷取机备注电动机容量（kW）3502600212502600电动机速度（r/min.）800/1200370/1200410/1000370/1200基速过载能力（倍/1 min.）2.02.02.02.0高速过载能力（倍/1min.）1.51.51.51.5额定电枢电压（V）440660660660额定电枢电流（A）8659812016981指单台电机的电流额定励磁电压（V）220220220220暂定励磁方式他励他励他励他励额定励磁电流（A）24326797326主传动电动机设有若干Pt100电阻以检测电动机绕组和轴承温度。自动化系统通过16路热电阻信号放大器（FCS-1002T）循回检测Pt100的阻值，以实现对电动机绕组和轴承温度的监控。（2）传动系统主要功能性能指标动态速降：1%静态精度：0.1%恢复时间：130ms调节精度：0.01%（速度反馈用脉冲码盘为1024P/RPM，增量型，DP网数字量给定）（3） 全数字直流传动装置主要功能冷轧机组直流电动机驱动装置内部的混装直流模块采用SIEMENS公司6RA70全数字控制单元，保证动态、静态调节品质，提高系统的抗干扰能力。混装直流模块与SIEMENS公司的6RA70全数字控制单元完美配合，使装置具有完善的故障保护功能；具有过压、过流、超速、失速、电网电压过高、过低、速度反馈故障等等。便于判断、检查、维护。励磁控制单元与之配套，为非独立励磁系统。传动装置配置PROFIBUS卡，完成与控制系统的通讯；通讯内容有设备起/停、速度设定、速度反馈、故障信息等。 (4) 传动供电用全数字晶闸管整流装置为主传动电动机供电的全数字晶闸管整流装置将采用SIEMENS公司6RA70系列全数字控制系统，装置配置有PROFIBUS-DP网卡，可实现与simatic S7-400PLC（或WINAC）自动化系统快速地通讯。主轧机上、下工作辊分别由一台电机驱动，两台电机独立供电调速，考虑负荷均衡和速度匹配。入、出口卷取机各由两台电机同轴驱动，卷取机的两台电机独立供电调速，考虑负荷均衡并带有张力控制。 主传动装置的主要技术参数为：开卷机入口卷取机可逆轧机出口卷取机备注传动装置型号6RA7018-6DV62-0 6RA7018-6DV62-0 6RA7018-6DV62-0 6RA7018-6DV62-0 传动整流进线电压（AC V）460690690690传动整流输出电压（DC V）480725725725传动整流额定输出电流（DC A）2000200040002000励磁电压（DC V）220220V220V220V励磁电流（DC A）255010050整流方式三相全控桥式反并联，可逆，逻辑无环流（5）传动装置控制原理图轧机主传动装置的作用是将电动机的运动和力矩传动给轧辊。在很多的轧机上，主传动装置由减速机、齿轮座、联轴器、和联轴节等部件组成，如图所示。四辊轧机主传动装置原理简图1工作机座；2联轴器；3电动机；4减速器；5减速机；6电动机联轴节；7主联轴节；8连接轴平衡装置；10四辊轧机支撑轴；11四辊轧机工作辊；12机架；13机架底板；14地脚固定螺栓 单机架可逆冷轧机的仪表配置比较齐全, 设有机前、机后测厚仪, 以及位移传感器、压力传感器和光电编码器等。第五章 操作设备及操作运转方式5.1主要设备操作运转方式机组设备的操作运转方式分为以下3种：(1) 手动方式：主要用于调试、检修与维护等，设备将完全根据操作人员的操作指令运行；机组所有设备均可手动操作。手动操作主要在机旁操作，部分设备或设备组设有操作台集中操作。对于机组辅助生产设备，如液压、润滑设备等，除可以机旁操作外，亦可在HMI上集中操作和监视。(2) 自动方式：机组设备或设备组根据实际状况和检测器状态自动顺序运行。自动方式投入时，设备的起停由检测器的状态与连锁条件决定。(3) 半自动方式：指设备或设备组中的部分过程“一个周期”的自动运行。通常是在自动方式不能投入（如个别检测器故障或不具备投入自动方式的条件）的情况下为简化操作时所有，半自动方式需要由操作员触发。 根据本机组的特点，将按照手动优先、机旁优先的原则设计操作运转方案。机组主要设备的操作运转方式参见下表：序号设备动作或过程自动半自动手动HMI备注1入口钢卷车1.1走行1.2带钢宽度、高度对中2开卷机2.1开卷机卷筒转动2.2开卷机卷筒胀缩2.3开卷机卷筒移动2.4压紧辊2.5外支撑3夹送辊矫直机3.1钢卷开头机构3.2上夹送辊3.3下夹送辊3.4矫直辊升降4入口液压剪5出口液压剪6轧机控制7机组速度控制8机组张力控制9卷取前夹送辊10入、出口卷取机10.1卷取机卷筒转动10.2卷取机卷筒胀缩10.3辅助卸卷机构10.4卷取机压紧辊10.5外支撑11出口钢卷车12出口钢卷称量13钢卷打捆14机组液压站15机组润滑站16乳化液系统17通风系统18换辊装置5.2操作设备根据参考资料可以确定机组应配置4机旁操作箱和1个主操作台（主操作台采用不锈钢台面，机旁操作箱面板采用碳钢喷漆），11个控制箱，1个主PLC柜，共计17个。第六章 系统主要功能6.1 机组设备控制功能 1 机组设备顺序控制机组设备的顺序控制功能就是机组的各个设备根据带钢生产工艺流程和外部连锁条件自动地顺序起动/停止。轧卷通过行车由轧前库运输到轧机入口侧鞍座位置。带卷放下时第一圈处于上开卷位置，带头靠近鞍座以便解捆后外圈不致于松卷。开卷机钢卷小车移入，接受钢卷，将钢卷横移。在横移过程中自动进行钢卷宽度和直径的测量。随后，开卷机卷筒收缩，对中设备中心线，外支撑轴承打开。在小车横移过程中，钢卷和开卷机卷筒自动对中，并将钢卷装入卷筒。钢卷装入卷筒后，外支撑闭合，卷筒胀大以便把持住带卷，压辊压下到带卷表面以防止外圈松卷。钢卷小车降下，开卷机反向点动直至带头处于开卷位置。随后，穿带导板抬起并伸出到钢卷带头下的开卷位置。通过旋转开卷机卷筒，带头在穿带导板的引导下停在打开的夹送辊和直头机下。此时缩回穿带导板，直头机压下到带钢头部，往上弯曲带钢头部。根据带头情况，可反向运行带钢，使带钢头部平直，利于后续工序顺利穿带。在开卷机的卷筒和穿带导板之间安装有CPC（中间位置控制）装置，用其控制卷筒和机组中心线对齐，在正常轧制过程防止带钢跑偏。经过直头后的带钢，穿过降下的过渡导板，并穿过准备好的入口挡板进入轧机对中导卫，随后穿过打开的轧机，并停止在轧机出口侧。联合点动开卷机、夹送辊，带钢继续穿过打开的出口挡板，从出口转向辊上穿过。在带头穿过出口转向辊时，上辊（偏导辊）压靠在带钢表面，带头进入出口卷取机的钳口，并让带头在出口卷取机上缠绕23圈，在缠绕过程对开卷机和出口卷取机之间对带钢施加静张力，以便带钢紧紧缠绕在卷筒上。穿带完毕后，出口穿带导板缩回。轧机前后的X射线测厚仪开进，出口安全罩关闭，开始轧制。穿带过程中，如果出现带钢偏离设备中心线，可以手动启用导位装置，轻轻排击带钢，使带钢靠近设备中心线继续穿带。轧制前或穿带过程中，由操作工在主操作室的HMI中对轧机以及机组的各个设备核定张力、辊缝、导位的开口度等初始设定值。轧机启动时，自动同步启动轧机的乳化液系统和空气吹扫系统。轧机和张力卷取机（第一道次为出口卷取机和开卷机）同步加速到设定的速度，并建立给定的轧制张力，AGC自动投入，带钢的厚度逐道减少。带钢的板形通过操作正弯和负弯辊、轧辊乳化液喷嘴集管的开启和AGC油缸的不对称调整进行手动控制。在换辊后开始轧制前应进行轧机的调零。当第一道次的轧制快结束时，机组降速到甩尾速度。当带钢尾部在开卷机卷筒上剩下23圈时，将轧机入口侧的夹板降下并夹持住带钢，以便在轧机和压板之间形成张力，同时轧机入口侧的夹板和开卷机之间的带钢失去张力。带尾出开卷机后停止在切断剪后方的过渡导板上切尾。同时，开卷机卷筒收缩，外支承打开，进行下个钢卷开卷的准备工作。如果上一卷带钢尚未轧制完毕，开卷机开卷后的带头，经过直头停止在直头机的出口。当第一道次轧制完毕时，入口卷取机区域的相关设备已经准备就绪，其中包括外支承闭合，卷筒钳口自动定位，穿带导板准备就绪。然后选择入口穿带导板相关按扭或选择开关，移动经切尾后的带尾直至入口卷取机的钳口上，卷筒膨胀夹紧带尾，转动卷筒并让带钢在卷筒上缠绕23圈后，建立起静张力，穿带导板缩回，入口和出口X射线测厚仪开进。然后选择轧机运行模式按扭，轧制过程将继续，带钢经过反复轧制直至目标厚度。其中除了最末道次外，带头和带尾从不离开卷筒。在轧制过程中，带钢跟踪以及卷径自动记忆功能自动地将轧机停止并以在卷筒上剩下圈数最少（通常为2至3圈）来进行每个道次的反向。通常在入口张力卷取机和出口张力卷取机间一直保持张力直至所有轧制道次全部完成。由于在出口卷取机侧卷取方式为下卷取，可以在轧制过程中由操作工肉眼观察带钢下表面质量并进行相应处理。根据轧制规程，最末道次轧制完毕后，带尾自动定位，可以在出口侧进行卸卷，也可以在入口侧进行卸卷。轧制完毕后，安全罩打开，尾辊压住带钢尾部，带卷小车移到入口卷取机或出口卷取机下，并抬起直至接触到带卷。卷筒收缩，外支撑轴承打开，尾辊缩回（需要时可由卸卷器辅助卸卷），带卷小车移动，将带卷从卷筒上移走并运送至鞍座，并在此进行钢卷称重。出口钢卷小车负责横移钢卷，根据需要移动到第鞍座上，并进行打捆。换辊模式下，在操作侧进行工作辊、中间辊和支承辊的更换。其中更换工作辊和中间辊由设置在操作侧的带横移装置的换辊小车迅速完成，支承辊由液压缸拉出，旧辊运至磨辊区域。该机组同时具备分卷功能。分卷时，一般在出口侧出小卷。在所有道次轧制完毕，带钢达到目标厚度时，根据需要进入分卷模式。此时打开轧机辊缝，启动入口和出口侧卷取机，并对带钢进行跟踪。当卷取侧的卷重达到设定的卷重时，停止机组运行，并启动靠近卷取侧的液压剪剪断带钢。然后依次重复进行卸卷，卷取准备以及分卷动作，直至第二卷分卷完毕。在开卷一侧剩下的钢卷，从相应侧卸卷，并进行下一钢卷穿带准备工作。2机组速度主令控制 机组的速度可从轧制表中获取，也可由操作人员根据实际情况及经验进行调整。速度通过转向辊上装的编码器测量。主操作台上设有：“升速（Speed Up）”、“降速(Speed Down)”、“保持(Hold)”、“快速停止(Quick Stop)”、“紧急停止(Emergency Stop)”等按键，其功能参见下图所示：tVSpeed UpHoldSpeed UpSpeed DownSpeed DownEmergency StopQuick StopNormal StopVmax机组速度图升速：使机组速度升高，控制范围内的设备将以相同的速度和均匀的加速度运行，加速过程中如不干预，速度将升高至允许的最高速度Vmax。降速：使机组速度降低，控制范围内的设备将以相同的速度和均匀的加速度（）运行，减速过程中如不干预，速度将最终降低至0（停止）；另外，开卷机甩尾控制将是自动运行的，即PLC将计算开卷机卷筒上剩余带钢的长度，并自动使机组降速，直到将卷尾送到卷取机为止。此外，在分卷操作时，按照给定的分卷重量，自动计算停止位置，进行分卷。保持：用于人工干预，即机组在升速或降速过程中，操作人员如果按了“保持”按钮，机组升速或降速的过程将停止，并保持在操作员期望的速度上运行。快速停止：当操作人员期望机组以较快的速度停止下来时可采用快速停止，在“快速停止”的过程中，机组将尽量保持张力的稳定。快速停止的加速度较正常停止的加速度要大。紧急停止：当出现紧急情况（如有可能发生重大的人员伤亡或设备损坏）时采用“紧急停止”。“紧急停止”被触发时，控制范围内的所有设备将以可能的最快速度停车。 在生产过程中，如果带钢张力不稳定，将影响带钢厚度控制的精度，同时还可能造成断带、折叠、跑偏等故障。机组在轧机入口、出口设有测张辊，可以实时检测带钢张力。同时通过对开卷机（或卷取机）电流的检测来间接计算带钢张力，用来监视张力计的运行状况。 PLC根据设定的张力值和机械设备的参数（如传动比、辊径、开卷/卷取机钢卷卷径等）换算为电动机转矩值，并将此转矩设定值下达给全数字晶闸管直流调速装置，由传动装置自动完成电动机转矩的死循环控制。张力投入与切除时（紧急停车时除外），张力的给定并不是阶跃给定，而是经过一预先设定的斜坡给定，以确保张力变化时的平稳。 为保护电动机，在张力建立30秒内如果机组速度为零，或机组正常停车后，操作张力将自动切换到静止张力，静止张力约为正常张力的30；如果静止时间超过3分钟，操作张力将降为零。6.2 液压辊缝控制 轧机机架控制的基本功能包括：液压压下伺服机构的位置内环控制器，即APC控制器；轧机压下的顺序控制；AGC控制，其控制输出将作为补偿或附加给定施加到内环控制器上。因此，AGC控制器可以被看作是外环控制器；轧制力AFC控制；轧辊倾斜控制；弯辊控制等。 液压辊缝控制（HGC）；为快速地消除带钢的厚度偏差，轧机的压下伺服液压缸必须保证调节的快速性和定位的精确性。轧机的传动侧和操作侧分别设有一个独立的压下缸，分别由一个独立的死循环位置控制器进行控制，即通常所说的压下APC控制器。 位置给定基准值两个伺服液压缸位置控制器的给定（即位置基准值）是各种设定值的合成，包括：来自轧制计划表的设定值；来自AGC控制器的补偿给定；来自弯辊控制器的偏置；来自操作员的人工修正等。 位置检测在两个伺服液压缸上分别安装有一高精度位移传感器，用于压上位置的检测，所检测到的位移信号作为APC控制器的反馈。在每次换辊后，将进行轧机校正操作，包括位置调零、轧制线标高调整等。 APC控制器APC控制器采用PI调节器，PI参数将根据伺服阀、液压系统的特性进行整定，以获得最好的动、静态性能。 伺服阀的补偿控制为获得良好的动、静态性能响应快而超调量小，控制器设有两个补偿环节。油流量非线性补偿，即蝶型曲线补偿，油压缩补偿，补偿值与液压缸行程相关。 辊缝的打开根据操作员或自动顺序功能的指令，辊缝可以打开到预设定的位置或快速紧急打开。 轧制力控制方式时的HGC 轧制力方式在以下情况下需要采用轧制力控制：穿带时，轧机校正（如调零）时。 轧制力控制器压下缸始终由APC控制器作为内环控制器。在轧制力方式时，轧制力控制器将作为外环控制器，设定轧制力和反馈轧制力之差经PID调节后产生的输出信号，将作为APC控制器的偏置给定。轧制力在投入或切除时，需要平滑过渡，以防止轧辊的跳动。 轧制力检测轧制力通过安装在轧机上的轧制力仪直接检测。（4）倾斜控制所谓倾斜控制，是指传动侧和操作侧的液压缸相对于轧制水平线的相反方向的运动，即一侧的液压缸向打开方向运动，另一侧的液压缸则向压下方向运动。由于本机组没有设置板型仪，因此倾斜控制的设定将由操作员根据板型情况人工确定；或者利用虚拟程序进行控制。6.3 AGC控制AGC控制的目的是将轧机出口带钢的厚度尽可能地控制在要求的目标值。因此为获得最好的控制精度，设置了多种控制器和补偿环节，这些控制器和补偿环节分别使用由不同测量仪表或传感器检测出的过程参数。AGC控制的输出，始终是作为压下缸控制器基准值的偏置（或称作补偿值）施加到APC控制器。（1）反馈控制带钢在轧机出口的厚度由安装在轧机出口的测厚仪进行测量。反馈控制器将比较基准值和测量值之间的偏差，并将此偏差根据轧机模数、轧件模数以及厚度方程转换成位置控制器的偏置信号，对位置控制进行补偿。由于轧机出口测厚仪和轧机之间有一定距离，测量信号是滞后的，因此只可能采用调节速度较低的积分控制器来校正厚度的偏差，也就是说，反馈控制只能校正长期的厚度偏差。（2）前馈控制前馈控制比较由轧机入口测厚仪测量的厚度值和设定的带钢厚度值之间的偏差，并对偏差信号从测厚仪到辊缝进行跟踪。即将偏差信号保存到缓冲区，并在该偏差信号的测量点到达辊缝时取出并转换成位置偏置，通过对辊缝大小的调节实现对带钢入口厚度偏差的校正。为将入口带钢偏差信号精确地从入口测厚仪位置跟踪到辊缝位置，需要考虑以下因素：测厚仪的响应时间，带钢从测厚仪到辊缝之间的移动时间，液压伺服缸的位置调节时间。前馈控制同样根据轧机模数和轧件模数以及厚度方程将偏差信号转换成合适的位置偏置。（3）金属秒流量控制根据轧制过程中金属秒流量相等的原理，预测轧机出口带钢的厚度，并与设定的出口厚度比较，将其差值转换成合适的辊缝控制器的偏置。（4）弯辊力补偿弯辊力的变化将引起辊缝位置和轧制力的变化。因此需要根据轧机的模数，将弯辊力的影响转换成辊缝控制基准值的偏置。（5）轧辊偏心补偿轧辊的偏心将引起带钢厚度周期性的变化。轧辊偏心的测量借助于轧机入出口的测厚仪。同样，轧辊偏心的补偿值将转换成辊缝控制基准值的偏置。（6）恒张力控制AGC控制的输出将使轧机辊缝位置处于变化之中，辊缝位置的不断调节将引起带钢张力的波动，因此将对轧机入、出口张力进行补偿，以保持张力稳定。6.4 工作辊弯辊控制在轧机工作辊和中间辊、中间辊和支承辊之间安装有弯辊缸，正、负弯辊缸均采用比例伺服阀控制其弯辊力的大小，每个比例阀都带一个压力传感器，以形成正、负弯辊力的死循环控制。弯辊力控制可改善带钢板型以及补偿由于轧制力变化而引起的有载辊缝变化。正负弯辊基准值被限制在正、负限幅范围内以保证在轧制过程中工作辊和支撑辊的充分接触。限幅值取决于轧制力、轧辊重量、轧辊摩擦系数和加速度。在轧制过程中，在辊缝打开或没有负载时，弯辊系统保持在平衡方式，并将输出控制在一个固定的平衡值上。弯辊力的设定由操作员人工设定或根据轧制计划自动设定。6.5 串辊控制 中间辊串辊控制功能主要完成中间辊按要求在允许的范围内移动到指定位置。在轧制过程中，中间辊不串动。中间辊位置可由操作员预设定，也可由轧制表中获取。6.6 HMI功能HMI系统通过过程总线网络与PLC连接，HMI服务器主要完成以下功能。采集、监视并协调资料访问，在系统中创建一致性的资料进行组态的协调HMI客户机（操作员站）通过网络读取HMI服务器上的资料，通过组态画面监视系统运行状态。所有的客户机均可以访问储存在HMI服务器上的过程资料和组态资料。H